宇宙弦+黑洞,搭建可以穿越的虫洞!

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  虫洞,这种 由广义相对论预言的奇特形状,是连接时光里里中相距遥远的有一另有有一个区域的捷径,或多或少寄托了统统其他同学实现时光里里旅行的梦想。不过,目前科学家从未证实过虫洞的位于,更无须从虫洞中穿越了。

  近日,加州大学圣芭芭拉分校的付子操、Brianna Grado-White和Donald Marolfa在预印本文库网站发了两篇论文,亲戚亲戚我们歌词 我们歌词 我们歌词 构造了有一另有有一个可穿越虫洞的新模型。根据亲戚亲戚我们歌词 我们歌词 我们歌词 的研究,原来的虫洞能不到在宇宙学常数等于0的时光里里中位于。

  拓扑宇宙监督原理

  在Grado-White等人的论文中,亲戚亲戚我们歌词 我们歌词 我们歌词 首先论证了可穿越虫洞在一般的时光里里中是不位于的,而这身后用到的物理原理是“拓扑宇宙监督原理”(Topological censorship)。

  早在1993年,物理学家J。 L。 Friedman、K。 Schleich和D。 M。 Witt等人就发表了拓扑宇宙监督原理的论文,这种 原理能不到认为是1969年相对论专家彭罗斯提出的“宇宙监督猜想”(cosmic censorship hypothesis)的延续。

  宇宙监督猜想指出,有一另有有一个旋转的带电黑洞可能性性旋转得迅速,可能性巨大的旋转角传输数率会让被黑洞视界邮寄邮邮寄包裹的奇点裸露出来,而这是违反相对论因果性的。但彭罗斯不到从数学物理的高度来证明这种 猜想,于是他认为,需要有一另有有一个像上帝一样的“宇宙监督”来禁止黑洞裸露奇点。

  到了1993年,宇宙监督猜想还没被证明,但J。 L。 Friedman、K。 Schleich和D。 M。 Witt等人继续提出了拓扑宇宙监督原理。要理解这项原理,亲戚亲戚亲戚我们歌词 我们歌词 我们歌词 首很难了解类光能量条件(null energy condition)。

  在时光里里中,光子的轨迹是十根类光曲线,这条曲线在时光里里中的每或多或少有的是一另有有一个多切矢量,记作类光矢量(k)。另外,爱因斯坦的引力方程中,有刻画物质信息的能量动量张量(T)。T是2阶张量,能不到看成有一另有有一个矩阵;而k是有一另有有一个矢量,能不到看成是有一另有有一个列向量。或多或少,当T与有一另有有一个k相乘,得到有一另有有一个数。对于所有普通的物质,这种 数是大于等于0的,这统统类光能量条件:

  根据拓扑宇宙监督原理,可能性宇宙中的物质的能量动量张量不破坏类光能量条件,很难 时光里里不到有特殊的拓扑形状。也统统说,时光里里在拓扑上应该等价于四维欧氏空间、四维球面等简单的几何体,而不应该出显 同类自行车内胎原来的奇怪拓扑形状。而可穿越虫洞,就属于本身生活奇怪的拓扑。统统有,根据拓扑宇宙监督原理,在正常的时光里里中,可穿越虫洞不必位于。

  需要违反类光能量条件

  很难 ,哪此完后 虫洞能不到位于,而能被物质所穿越呢?

  虫洞作为本身生活时光里里的拓扑形状,是受到爱因斯坦引力场方程限制的。爱因斯坦引力场方程的左边是空间曲率,而右边是能量动量张量。

  可穿越虫洞的位于,有一另有有一个多基本原则,那统统物质场的能量动量张量需要违反类光能量条件。

  任何有一另有有一个的可穿越虫洞,需要有违反类光能量条件的“负能量”来支撑。换句话说,可能性一群光子我应该 穿越虫洞,很难 这群光子对应的测地线不到在虫洞里汇聚,这需要用到印度的著名物理学家瑞查德符里(Amal Kumar Raychaudhuri)提出的方程。

  研究虫洞理论的哈佛大学物理学博士高苹告诉《环球科学》:“通过瑞查德符里的方程能不到看出,在虫洞中,光线不到在物质场的能量动量张量违反类光能量条件下,才不必撞上奇点——在这种 情况汇报下,聚焦在虫洞一端的光线在离开虫洞的另一端一定会散开,原来时候 不到从虫洞中逃出来。”

  或多或少,拓扑宇宙监督原理与瑞查德符里方程都指向同有一另有有一个结论:“要想穿越虫洞,需要要有违反类光能量条件的负能量!”

  用宇宙弦构造可穿越虫洞

  在Grado-White等人的论文,亲戚亲戚我们歌词 我们歌词 我们歌词 就在此基础上,构造了有一另有有一个可穿越的虫洞。

  首先,亲戚亲戚我们歌词 我们歌词 我们歌词 需要有有一另有有一个带电黑洞,或多或少这有一另有有一个黑洞的电荷是相反的。也统统说,其中有一另有有一个黑洞带正电,原来黑洞带负电。(觉得原来的带电黑洞在现实宇宙中不常见,但理论上它能不到在宇宙学常数等于0的正常时光里里中位于)为哪此要让黑洞携带电荷?这是可能性带电黑洞内部人员的奇点能不到被拉伸扭曲,从而形成一座通向原来带电黑洞的桥,这种 桥统统科学家梦寐以求的虫洞的雏形。

  或多或少,有了虫洞的雏形还是缺乏的。可能性带电黑洞之间位于万有引力和电磁力,哪此力有的是相互吸引的,它们会让有一另有有一个黑洞相互靠近,这就不到构发明人有一另有有一个稳定的虫洞。

  很难 ,怎么可否时候 让虫洞稳定下来呢?亲戚亲戚我们歌词 我们歌词 我们歌词 想到了宇宙弦。

  宇宙弦是有一另有有一个来自弦论的理论模型,能不到被看成是大爆炸完后 的时光里里形状被冰冻时形成的奇异物体,具有很强大的张力(弹性)。早期宇宙中出显 的弦可能性随宇宙膨胀而放大,很难 就可能性成为尺度很大的宇宙弦。这种 宇宙弦能不到长达几万光年,成为连接有一另有有一个黑洞的管道。在Grado-White等人的论文中,亲戚亲戚我们歌词 我们歌词 我们歌词 用到了十根宇宙弦。

  如下图所示,浅紫色的宇宙弦是有一另有有一个闭弦,能不到振动起来产生负能量。亲戚亲戚我们歌词 我们歌词 我们歌词 计算了哪此负能量对时光里里几何的影响,发现它的确能不到正确处理虫洞坍塌。而黑色的宇宙弦是有一另有有一个开弦,它连接了有一另有有一个带电黑洞的端口,依靠宇宙弦巨大的张力阻止有一另有有一个黑洞相互靠拢。

  这种 正确处理方案使得虫洞不但稳定,或多或少能不到被穿越。穿越这种 虫洞所相当于 的时间,大致与距离与光速的商在同有一另有有一个量级,统统有,这是有一另有有一个“不快不慢”的虫洞。而在马尔达西纳等人提出的永久虫洞里,穿越的时间则要长统统有,原来的永久虫洞无须适合星际旅行,只适合用来躲避星际战争。

  完后 的可穿越虫洞研究大多都与反德西特时光里里(宇宙学常数为负数)有关,而最新的研究构造了本身生活在宇宙学常数为0的时光里里中能不到位于的可穿越虫洞,这使得整个研究看起来觉得更符合实际。